双绕组感应发电机交直流集成发电系统的自抗扰控制策略

针对双绕组感应发电机交直流集成发电系统,为实现简单易调、性能优越、负载适应力强的发电控制,该文提出一种基于线性自抗扰控制器的交直流电压控制策略,通过交流电压和直流电压与控制绕组和功率绕组的传递函数模型,构建交直流电压的线性扩张状态观测器,同时对交流电压有效值、直流电压和电压扰动进行观测,并利用电压和扰动观测值设计线性误差反馈控制律,对交直流电压进行控制。最后,通过仿真和实验验证该控制策略提高电压扰动抑制能力和负载适应性,同时各模块参数可独立设计、控制器结构简单,避免需要较多传感器及降低调参难度。

带有静止励磁调节器的双绕组感应发电机的研究

介绍了一种新型的作为独立电源的双绕组感应发电机。这种电机在定子上设置两套三相绕组,即一套功率绕组和一套调节励磁绕组,并根据其工作原理给出了两套绕组容量比的设计原则,其中功率绕组经整流桥向直流负载供电,而励磁绕组接一PWM电压型静止励磁调节器,通过电流跟踪的方式调节其输出电流来稳定所需控制的电压。试验和仿真结果都表明该发电机系统具有快速的动态响应性能。

12/3相双绕组感应发电机的谐波不对称分析

励磁调节器所引入的谐波电流会引起12相功率绕组的不对称工作。为了研究谐波不对称的产生机理,该文在建立基于基波的12/3相双绕组感应电机dq0模型的基础上,通过对两套绕组间的谐波耦合分析,经过简化,得出了可用于谐波分析的等效电路模型。从中得到了规律性的认识,为该类电机的设计和推广起到了促进作用。试验与理论分析结果的对比说明了所建模型和分析方法的正确性。

一种双绕组感应发电机及其励磁控制

提出了一种带定子励磁补偿绕组的3/3相双绕组感应发电机系统,其采取自激电容器与由电力电子开关构成的主动励磁调节器相结合的励磁方式,在转速及负载发生变化时,仍能维持感应发电机的输出电压恒定。并对系统进行了静、动态性能实验,对所提出的感应发电系统及其励磁控制方式进行了验证。

12/3相双绕组感应发电机直流侧突然短路电流分析

通过适当简化分析,表明12/3相双绕组感应发电机直流侧突然短路不需要考虑辅助励磁绕组,等效为单独的十二相功率绕组直流侧突然短路,据此导出了交直流侧短路电流表达式。在此基础上,针对大容量的感应发电机,给出了估算交、直流侧最大冲击电流的简化计算公式,并论证其最大电流的到达时刻小于交流周期的二分之一,且随负载的增加其最大电流的到达时刻有所提前的结论。通过实验和仿真对比验证了该文所得结果的正确性,为系统保护装置的设计提供了理论依据。

定子双绕组风力感应发电机优化设计方法

结合定子双绕组感应发电机(DWIG)在风力发电场合的运行特点,建立了风力DWIG的优化设计模型,提出了相应的优化目标、优化变量及约束条件。针对粒子群优化算法早熟收敛的问题,提出了一种具有向成功和失败双重学习能力的遗传-粒子群综合算法(GPSMA)。在此基础上,分别以转速范围内的控制绕组电流及额定效率为优化目标,利用GPSMA对一台18.5 k W的DWIG进行了优化设计,并对2套优化方案进行了分析。结果表明,优化之后的样机的控制绕组电流最大值下降了62.7%或额定效率提高了0.94%,说明GPSMA有助于DWIG优化设计。

变速运行的定子双绕组感应发电机电磁优化设计

文中提出了变速运行时通过电机本体参数与励磁电容同时优化来实现双绕组感应发电机控制绕组励磁调节器容量最小的优化设计策略,推导了控制绕组电流与电机参数的关系式,给出了3/3相双绕组结构的dq轴互漏感解耦的选取原则以及变速运行的磁路设计特点,以此建立了具有航空电源特点的优化设计数学模型,并采用动态全域映射收缩算子的复合形法对一种双绕组感应发电机进行了优化设计。样机设计结果表明,该优化设计策略可以有效地降低控制绕组励磁调节器的无功容量、系统成本和体积。

12/3相双绕组感应发电机励磁系统的控制方法和动态特性的研究

12/3相双绕组感应发电机是为了实现适合于原动机高速运行特性而设计的一种特殊电机。系统在电机上增设了一个励磁绕组,使用静止励磁装置对电机进行励磁控制。该文对励磁装置的电路原理进行了分析,对控制原理进行了讨论,给出了系统动态等效模型。最后给出了仿真和试验研究结果。

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18kW、270V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4000-8000r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。

基于直接功率控制的定子双绕组感应发电机系统电压调节技术

分析了定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)系统电压控制机理,并由此揭示了控制绕组瞬时功率对系统电压的影响,在此基础上提出了DWIG发电系统的直接功率控制策略,即根据控制绕组端电压所在的扇区和功率滞环比较器的输出,选取优化开关表中合适的电压矢量,以对控制侧瞬时功率实施直接控制。该控制结构由控制绕组指令功率生成、控制绕组瞬时功率计算、功率滞环及优化开关表等模块组成,该文对其进行了详细分析。在一台18kW原理样机系统上的试验结果证明了该控制策略的有效性。

基于空间电压矢量调制的定子双绕组感应发电机系统电压控制技术

将空间电压矢量调制(space vector modulation,SVM)策略应用于定子双绕组感应发电机(dualstator-winding induction generator,DWIG)系统,不仅提高了直流母线利用率、降低了控制绕组侧静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)的直流母线电压,而且有效降低了控制绕组电流谐波。该文在分析SEC数学模型的基础上,提出基于SVM的DWIG发电系统电压解耦控制策略,并对DWIG系统建压、突加突卸负载进行了仿真和实验研究,结果证明该控制策略具有良好的动静态性能。该文进一步拓展了SVM控制下的发电机转速运行范围,并用节点导纳法对该变速运行过程中的电压和电流关系进行了定量分析,实验结果验证了该方法的正确性。

定子双绕组风力感应发电机的运行特性分析

为了深入研究应用于风力发电系统的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator,DWIG)运行特性,从等效电路和相量图出发,分析了DWIG在转速和负载变化情况下的运行机理及特点,推导了不同负载下控制绕组电流的计算方法。在此基础上,针对额定转速和变转速2种运行工况,对1台18.5kW带感性负载的DWIG样机运行特性进行了详细分析。结果表明:控制绕组可对励磁无功功率进行调节实现空载建压,控制绕组电流和转差率随负载电流的增加而增大,效率随负载电流的增加先增大后减小,在变转速情况下控制绕能进行无功功率调节实现恒压输出。理论分析与仿真结果一致证明了研究结果的正确性。

双绕组感应发电机系统无差拍电流预测控制策略

双绕组感应发电机系统采用磁链定向控制策略可以分别对控制绕组有功电流与无功电流进行调节,从而获得控制绕组与功率绕组两端直流电压的稳定控制。然而,该控制策略需采用多个调节器,使得控制器设计困难,也制约了双绕组感应发电机系统的进一步发展与应用。针对该问题,提出双绕组感应发电机系统的无差拍电流预测控制策略,建立发电机系统的预测模型,在一个控制周期内以消除被控量的误差为目标,直接计算得到所需的控制量,又分析模型参数失配带来的电流误差问题,对该控制策略做了误差补偿。该文所提出的电流预测控制策略避免了繁琐的调节器参数整定过程,同时具有优秀的控制性能,实现了电流的无误差跟踪。样机仿真与实验结果验证了双绕组感应发电机系统无差拍电流预测控制的正确性与可行性。

转子偏心对不同绕组形式大型凸极同步发电机支路感应电动势的影响

为了研究转子偏心对不同绕组形式的大型凸极同步发电机的空载支路感应电动势的影响,本文采用"分片模型"和非线性二维时步有限元法对转子偏心及定子斜槽发电机在叠绕组和波绕组时的支路感应电动势进行了计算。与一台3kW、12极的凸极同步发电机空载支路感应电动势实验结果的比较说明了计算方法的准确性,同时相比于波绕组发电机,转子偏心对叠绕组发电机支路平衡性影响更大。

励磁变换器控制的定子双绕组感应发电机优化设计(英文)

针对新型励磁变换器控制的定子双绕组感应发电机控制绕组励磁变换器容量的最小化问题,总结了带整流型负载的感应发电机的设计特点,给出了其变速运行时功率绕组励磁电容的优化方法,讨论了带整流型负载发电机计算容量的确定原则。本文还提出了将改进实数编码的遗传算法与二维有限元电磁场分析相结合的方法应用于变速运行的双绕组感应发电机的优化设计中,以实现全局优化,提高优化效率。样机优化结果表明,在转速变比为1∶3时,该方法能使励磁变换器的容量减小到额定输出功率的1/3左右,从而减小了变换器的体积和重量。

低压大电流输出的双绕组感应发电机系统优化设计

提出通过提高定子双绕组感应发电机控制绕组与功率绕组的匝数比来升高控制绕组的电压,从而降低控制绕组励磁变换器电流的设计策略,同时可以省去功率侧的励磁电容器和控制侧的滤波电感,由此构成一种小电流励磁控制大电流功率输出的新型励磁控制系统。利用改进的粒子群算法对1台整流桥输出18kW、28V的样机在转速变比为1∶2.5的运行条件下进行了优化设计。结果表明,该优化设计策略有效降低了控制绕组励磁变换器的电流及系统的成本、体积和重量。

定子双绕组感应发电机阻性负载与整流桥负载的仿真研究

通过仿真手段分别对带整流桥负载和变频交流阻性负载在空载和额定负载下控制绕组励磁变换器电流的变化规律进行对比研究。结果表明,在空载和额定负载以及给定的1:2.5的转速范围内,系统均能输出稳定的给定电压;电容滤波型的整流桥负载,在额定负载低速时和空载高速时呈现微弱的容性,而在最高速额定负载下,呈现的容性较强,整流桥负载的性质与负载大小和发电机转速均有关系。

IGBT超音频感应加热电源用于发电机绕组焊接的研究

在大功率发电机生产行业,发电机绕组焊接工艺主要采用阻焊,其缺点是热效率低,焊接时间长,并且加热的温度不均匀,影响焊接质量。感应加热焊接法具有精确的加热深度和加热表面积,不需要外部热源,因而热量损耗低、工作环境清洁,且容易实现功率密集,因而加热时间短,容易实现生产过程的自动化。本文介绍的超音频感应逆变电焊机采用直流斩波调压方式,输出功率可从零开始调节。逆变器输出频率采用频率跟踪控制,IGBT工作在软开关状态,减小了IGBT的开关损耗,提高了整机的功率因数,加热效率大大提高。

转子绕组交叉连接的倍极感应励磁发电机及其仿真

转子绕组交叉连接倍极感应励磁新结构可显著提高倍极感应励磁同步发电机的磁势感应系数。由于转子绕组的等效电感参数将随着交叉连接两绕组匝数比的改变而相应变化,导致转子电阻对转子绕组电流及磁势感应系数的影响大小随匝数比而不同,文章针对这一问题进行了仿真研究。所得结论得到了实验验证。

变速运行的定子双绕组感应电机发电系统控制技术研究

针对宽转速运行的定子双绕组感应电机(dual stator winding induction generator,DWIG)发电系统的电压控制机理进行研究。基于瞬时功率理论,推导出按控制绕组磁场定向时控制绕组的瞬时功率,在此基础上分析了带整流桥负载的定子双绕组感应电机发电系统在宽转速运行时的电压调节机理,即:控制绕组电流在控制绕组磁场及其法线上的分量,分别决定着发电系统功率绕组整流桥直流侧电压和控制绕组静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)直流侧电压,据此提出宽转速运行时DWIG发电系统电压控制策略。对一台18kW定子双绕组感应电机发电系统进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和控制策略的有效性。